Jurnal Natur Indonesia 3(2), Februari 20: 8-22 ISSN 8 40-9379, Jurnal Keputusan Natur Indonesia Akreditasi 3(2): No 65a/DIKTI/Kep./2008 8-22 Erna, et al. Efektifitas Kitosan sebagai Inhibitor Korosi pada Baja Lunak dalam Air Gambut Maria Erna,2*), Emriadi 2), Admin Alif 2), dan Syukri Arief 2) ) Program Studi Pendidikan Kimia, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas iau, Jalan H. Subrantas Km 2,5, Panam, Pekanbaru 28293 2) Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas, Kampus Limau Manis Unand, Padang 2563 Diterima 07-0-200 Disetujui 25--200 ABSTACT This research is intended to learn inhibition efficiency of mild steel corrosion in peat water using two type of chitosan. First chitosan is without treatment and the second one is synthesized by ionotropic gelation method and then is characterized by Fourier transform Infrared spectroscopy (FT-I) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Diameter of chitosan porous is about 500 nm which is measured based on morphological photo using SEM with inhomogeneous porous shape and porous distribution is unsmooth. Effect of chitin and chitosan on the corrosion of mild steel in peat water is studied using weight loss method. It is found that corrosion inhibition efficiency depends on peat water ph, inhibition technique and interaction time. The results show that inhibition efficiency of chitosan without treatment and with treatment are 88.73% and 93.32% respectively. The inhibition is assumed to occur via physicsorption of the chitin and chitosan molecules on the metal surface. The Langmuir adsorption isotherm is tested for their fit to the experimental data. Keywords: chitosan, inhibition corrosion, peat water, weight loss PENDAHULUAN Korosi merupakan bahaya nasional yang nyata dan secara ekonomi sangat merugikan. Berhubung di Indonesia secara kuantitatif belum pernah dihitung jumlah kerugian akibat serangan korosi, maka dapat diambil sebagai gambaran bahwa di Amerika kerugian akibat serangan korosi mencapai 5 miliar dollar per tahun atau sekitar 5 triliun rupiah kalau dollar AS diapresiasi p 0.000,00. Misalkan jumlah kerugian akibat serangan korosi di Indonesia sebesar kira-kira 0% dari kerugian Amerika, maka jumlahnya mencapai p,5 triliun. Jumlah ini belum mencakup kehilangan jam produksi, ganti rugi kerusakan, klaim-klaim, biaya perbaikan, dan lain-lain (Widharto, 2004). Salah satu cara untuk menghambat terjadinya korosi pada logam menggunakan senyawa-senyawa organik baik sebagai pelapisan maupun pencelupan inhibitor, yang pada prinsipnya mengisolasi permukaan baja dari media korosif. Adapun senyawa-senyawa organik yang biasa digunakan adalah golongan surfaktan, polimer, dan umumnya senyawa yang mengandung atom oksigen, nitrogen, sulfur, phosfor, dan senyawa aromatik serta mengandung ikatan rangkap, karena memiliki pasangan elektron bebas dan elektron phi yang akan berikatan dengan logam. Pada penelitian ini senyawa organik yang digunakan sebagai inhibitor korosi adalah kitosan karena bersifat biodegradable, bioaktif, biokompatible, polikationik, berat molekul tinggi, dapat diperbaharui, tidak toksit dan tidak larut dalam air tetapi larut dalam asam asetat. (Morimoto et al., 2002). Selain itu kitosan menggandung gugus fungsi -OH dan -NH 2 yang banyak menggandung pasangan elektron bebas yang tidak stabil dan dapat berikatan langsung pada permukaan logam sehingga permukaan logam tidak mengalami kontak langsung dengan media korosif (Adriana et al., 2000). Berdasarkan penelitian Lundvall et al., (2007), melaporkan bahwa kitosan dapat melindungi alloy aluminium (AA-2024) terhadap korosi. Caranya dengan mencelupkan alloy Al ke dalam larutan kitosan dalam asetat kemudian dikeringkan dan dicelupkan lagi dalam larutan tembaga asetat. Hasilnya menunjukkan bahwa lapisan kitosan yang terbentuk pada permukaan logam adalah mulus dan homogen sehingga kitosan dapat digunakan sebagai proteksi korosi. *Telp: +6282763472 Email: bun_erna@yahoo.com
Efektifitas kitosan sebagai Inhibitor 9 Senyawa organik kitosan yang digunakan ada dua jenis, pertama kitosan tanpa perlakuan (Kitosan ) dan kedua kitosan diubah dalam bentuk gelatin yang dikarakterisasi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Fourier transform Infrared spectroscopy FT-I (Kitosan 2). Kitosan ini sudah banyak diaplikasikan dalam obat dan immobilisasi enzim seperti yang dilaporkan oleh Tang (2007). Dari penelusuran literatur penggunaan kitosan sebagai inhibitor korosi pada baja dalam media air gambut belum ada dilaporkan. Air gambut digunakan karena bersifat asam dengan ph 3-6. Penelitian ini penting dilakukan agar keberadaan air gambut di alam tidak terganggu dan pembangunan fasilitas tetap berjalan, hal ini disebabkan peranan air gambut di alam menjaga kelembaban udara dan kelestarian alam. BAHAN DAN METODE Bahan yang digunakan adalah kitosan () (produksi laboratorium kimia analitik IPB), etanol, natrium polifosfat (Merck), NaOH, HCl, lempengan baja lunak dengan kode BJTP 24 (0,6%C; 0,9% Si; 4,8% Mn; 0,6% P; 0,22% S), kertas pasir karbit silikon 00, 200, dan 400-grit, asam asetat, NH 4 OH, CHCl 4, aseton, deterjen, air gambut dan aquadest, sedangkan peralatan yang digunakan timbangan analitik, oven, ph meter, shaker, seperangkat alat refluk, Fourier transform Infrared spectroscopy (FT-I), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan peralatan gelas yang umum dipakai. Metode yang digunakan untuk menentukan efektifitas inhibisi kitosan adalah dengan metode berat hilang (Weight Loss Method). Parameter yang dipelajari Kitosan () Kitosan (2) Gelatin ionotropik Dipelajari efisiensi inhibisi korosi (%E) ph Teknik inhibisi Waktu interaksi %E optimum Variasi Berat kitosan Jenis adsorpsi Gambar. Diagram alir penelitian adalah pengaruh ph air gambut, teknik ihibisi, dan waktu pencelupan baja, sedangkan data pengaruh berat kitosan digunakan untuk menghitung energi Gibbs absorpsi dan jenis absorpsinya. Energi aktivasi dihitung berdasarkan data pengaruh temperatur. Adapun diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada Gambar dengan prosedur sebagai berikut. Kitosan (2) disintesis dengan metode Tang et al., (2007) yaitu kitosan () 20 mg dilarutkan dalam 40 ml asam asetat 2% (v/v) dan tambahkan 20 ml natrium polifosfat 0,75 mg/ml. Kemudian campuran diaduk sampai homogen dan di endapkan menggunakan sentrifus. Kitosan siap dikarakterisasi bentuk morfologinya dengan SEM. Penentuan Efisiensi inhibisi Korosi dilakukan dengan mempersiapkan lempengan baja lunak x 2 cm 2 dan digosok permukaannya dengan kertas pasir karbit silikon 400-grit dan dibilas dengan aseton, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 40 0 C selama 5 menit. Lalu disiapkan ph air gambut dengan variasi ph, 2, 3, 4, 5, 6, 7,dan 8 serta siapkan kitosan () dan (2) sebanyak 3 mg. Spesimen direndam atau dilapisi dalam media korosif dengan variasi waktu, 3, 5, 7, 8, dan 9 hari pada temperatur ruang, kemudian spesimen dibilas dengan kloroform, aseton, dan dibros serta dicuci dengan air dan dikeringkan dalam oven pada 60 0 C. Selanjutnya spesimen ditimbang kembali dan dihitung efisiensi inhibisinya dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: W, Laju korosilogam (mdd) = S.t...() Keterangan: adalah laju korosi logam (mdd = mg/dm 2.day) W adalah berat logam yang hilang (mg) S adalah luas penampang logam yang terkorosi (dm 2 ) t adalah waktu proses korosi (hari) E = 2 x00%...(2) Keterangan: E = Efisiensi inhibitor = Laju korosi logam tanpa inhibitor 2 = Laju korosi logam dengan menggunakan inhibitor Penentuan jenis adsorpsi dilakukan dengan mempersiapkan air gambut dengan ph, teknik inhibisi, waktu pencelupan, dan temperatur pencelupan optimum. Kemudian disiapkan kitosan () dan (2)
20 Jurnal Natur Indonesia 3(2): 8-22 Erna, et al. dengan variasi berat, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 0 (mg) lalu spesimen baja dicelupkan dalam air gambut. Jenis adsorpsi ditentukan menggunakan persamaan (3), (4) dan (5) (Cheng et al., 2007). C = + C... (3) θ K dimana C adalah berat molekul monomer, K adalah koefisien adsorpsi dan q adalah luas permukaan baja yang tertutup yang dihitung menggunakan persamaan: 2 θ...(4) = Jika diplot C/q terhadap C membentuk garis lurus, maka peristiwa tersebut mematuhi persamaan isotherm Langmuir. Nilai energi bebas adsorpsi ( G 0 ) dapat dihitung dari persamaan: Spektrum FT-I kitosan (2) dapat dilihat pada Gambar 2, dimana bentuk puncak-puncak spektrumnya lebih tajam dari kitosan () dan puncaknya bergeser ke bilangan gelombang lebih besar, yaitu 3466 (O-H stretch), 2927 (C-H stretch), 658 (N-H bend), 27 (bridge O stretch) dan 089cm - (C-O stretch). Diameter ukuran pori-pori permukaan kitosan(2) diukur berdasarkan foto morfologi dengan menggunakan SEM dapat dilihat pada Gambar 3, yaitu ~ 500 nm dengan bentuk tidak seragam dan distribusi pori-pori tidak merata. Ukuran pori-pori kitosan (2) belum maksimal karena tergantung pada konsentrasi, berat molekul dan kondisi campuran pada saat disintesis. o G K = exp...(5) 55,5 T adalah konstanta gas HASIL DAN PEMBAHASAN Kitosan (2) terbentuk akibat interaksi antara gugus negatif dari tripoliphospat dengan muatan positif gugus amino dari kitosan. Hal ini disebabkan kemampuan kitosan secara cepat membentuk gel dengan polianion yaitu membentuk ikatan silang inter dan intramolekul (Aktas et al., 2005). Gambar 3. Foto permukaan kitosan(2) Gambar 2. Spektrum FT-I kitosan(2)
Efektifitas kitosan sebagai Inhibitor 2 Gambar 4, menunjukkan efisiensi inhibisi partikel kitosan () dan (2) optimum terjadi pada ph 3 dan 6 yaitu 79,28% dan 93,32%. Untuk kitosan () ph 3 akan larut sehingga mempermudah gugus fungsinya (-OH dan -NH 2 ) berikatan dengan permukaan baja, sedangkan kitosan (2) di bawah ph 6, efisiensi inhibisi kecenderungannya menurun karena kitosan mengalami protonasi sehingga jumlah atom-atom nitrogen dengan elektron bebasnya menurun dalam media (Zangmeister et al., 2006). Pada ph 6 kitosan mulai dapat larut sehingga mempermudah gugus fungsinya (-OH dan -NH 2 ) berikatan dengan permukaan baja. Pada ph lebih tinggi stabilitas kelarutan sangat terbatas dan cenderung terjadi pengendapan sehingga efisiensinya menurun. Tabel menunjukkan bahwa efisiensi inhibisi kitosan () mengalami kenaikan dari teknik pencelupan menjadi pelapisan adalah kitosan yaitu dari 79,28 menjadi 88,73%. Hal ini terjadi karena pada saat dilapiskan pada baja kitosan berkemampuan membentuk lapisan pada permukaan sehingga memperlambat baja kontak dengan udara, sedangkan kitosan (2) mengalami penurunan dari teknik pencelupan menjadi pelapisan yaitu dari 93,32% menjadi 67,65%. Hal ini terjadi karena kitosan tidak menutupi seluruh permukaan baja pada saat dilapisi. Gambar 5, menunjukkan bahwa efisiensi inhibisi korosi kitosan() dan (2) terhadap waktu interaksi optimum sama-sama terjadi pada waktu 3 hari. Efisiensi inhibisi menurun setelah 3 hari, karena kapasitas gugus fungsinya untuk teradsorpsi pada permukaan baja sudah maksimum dan tidak dapat membentuk lapisan kompleks yang stabil, sehingga menurunkan laju korosi. Adapun plot antara C/q terhadap C untuk inhibitor kitosan dapat dilihat pada Gambar 6. Berdasarkan nilai intersep grafik maka didapatkan nilai G 0 untuk masingmasing kitosan adalah -8,68 kj mol - dan -7,89 kj ads mol -. Adsorpsi kitosan pada permukaan baja bersifat spontan karena nilai G 0 negatif. Sedangkan jenis adsorpsinya adalah adsopsi fisika, karena nilai G 0 mendekati -20 kjmol - (Bouklah et al., 2006), hal ini disebabkan interaksi elektrostatik antara muatan molekul kitosan dengan muatan logam pada baja yaitu ion Fe. KESIMPULAN Kitosan dapat digunakan sebagai inhibitor korosi pada baja dalam air gambut. Adapun kondisi optimum kitosan () terjadi pada ph 3, teknik inhibisinya pelapisan dan waktu interaksi selama 3 hari yaitu sebesar 88,73%, sedangkan kitosan (2) terjadi pada ph 6, teknik inhibisinya pencelupan dan waktu interaksi selama 3 hari yaitu sebesar 93,32%a. Sedangkan jenis adsorpsi kitosan pada permukaan baja merupakan adsorpsi fisika dan bersifat spontan. Gambar 5. Efisiensi inhibisi terhadap waktu interaksi Gambar 4. Efisiensi inhibisi korosi terhadap ph air gambut Tabel. Pengaruh teknik inhibisi terhadap efisiensi inhibisi korosi Efisiensi inhibisi (%) Kitosan() Kitosan(2) Pencelupan 79,28 93,32 Pelapisan 88,73 67,65 Gambar 6. Kurva adsorpsi Langmuir pada baja dalam air gambut
22 Jurnal Natur Indonesia 3(2): 8-22 Erna, et al. UCAPAN TEIMA KASIH Peneliti mengucapkan terima kasih atas dana yang diberikan oleh Universitas iau melalui Penelitian Hibah Bersaing tahun anggaran 2009 No: 098.0/023-04.2/ IV/2009. Sehingga peneliti dapat melakukan penelitian ini. DAFTA PUSTAKA Adriana, Mudjijati & Hermawan. 2000. Pengaruh Penambahan Vitamin C, B 2 dan B 6 terhadap Laju Korosi Besi. Prosiding Seminar Kimia Bersama ITB-UKM IV 48-54. Aktas, Y., Andrieux, K., Alonso, M.J. & Calvo, P. 2005. Preparation and in vitro evaluation of chitosan nanoparticles containing a caspase inhibitor. International Journal of Pharmaceuties 298: 378-383. Bouklah, M., Hammouti, B., Lagrenee, M. & Bentiss, F. 2006. Thermodynamic properties of 2,5-bis(4-methoxyphenyl)-,3,4- oxadiazole as a corrosion inhibitor for mild steel in normal sulfuric acid medium, Corrosion Science 48: 283-2842. Cheng, S., Chen, S., Liu, T., Cahang, X. & Yin, Y. 2007. Carboxymenthylchitosan as an ecofriendly inhibitor for mild steel in M HCl. Materials Letters 6: 3276-3280. Lundvall, O., Gulppi, M., Paes, M.A. & Gonzalez, O.E. 2007. Copper modified chitosan for protection of AA-2024. Surface & Coatings Technology 20: 5973 5978. Morimoto, Minoru, Saimoto, Hiroyuki & Yoshihiro. 2002. Control of Functions of Chitin and Chitosan by Chemical Modification. 4: 205-222. Tang, Z.X., Qian, J.Q. & Shi, L.U. 2007. Characterizations of immobilized neutral lipase on chitosan nano-particles. Materials Letters 6: 37-40. Widharto, S. 2004. Karat dan Pencegahan. Penerbit PT. Pradnya Paramita. Jakarta. 80 hal. Zangmeister,.A., Park, J.J. & Tarlov, M.J. 2006. Electrochemical study of chitosan films deposited from solution at reducing potential. Electrochimica Acta 5: 5324-5333.